Линейные стационарные цепи. Нелинейные цепи. Параметрические цепи, страница 25

Амплитуда выходного напряжения будет равна:

,

где   - эквивалентное сопротивление контура на резонансной частоте, тогда: .

Отношение амплитуды тока первой гармоники к амплитуде входного сигнала называют средней крутизной ВАХ для первой гармоники:

.

Понятие средней крутизны имеет смысл только при гармоническом напряжении на нагрузке и при гармоническом входном воздействии. При анализе схемы приходится учитывать влияние внутреннего сопротивления транзистора. Усредненное внутреннее сопротивление транзистора, приведенное к току первой гармоники:

Можно составить уравнение:

,

а так как ,

то = ; ;

,

так как ,

то

По своей структуре схема замещения аналогична схеме замещения выходной цепи линейного резонансного усилителя. Отличие состоит только в том, что крутизна S_ср и внутреннее сопротивление транзистора Ri является функцией угла отсечки, а значит, зависят от входного напряжения.

Если θ = 0, тогда S_ср = 0

θ = 90, тогда S_ср = 0.5S

θ = 180, тогда S_ср = S

КПД нелинейного усилителя:

,

, при условии = и .

Здесь учтено, что амплитуда напряжения на выходе нелинейного резонансного усилителя может быть близка к напряжению питания.

Функция γ₁(θ) принимает максимального значения равное двум при θ = 0, это говорит о том, что при θ→0, КПД нелинейного усилителя может быть близок к единице. Но в таком режиме полезная мощность на выходе стремящейся к нулю.

Если амплитуда импульсов коллекторного тока постоянна , то максимальная мощность на выходе достигается при угле отсечки 120°. Такой режим обычно используют при усилении сигнала с постоянной амплитудой. При усилении АМ – сигналов важно обеспечить форму огибающей. Форма огибающей не изменяется, если амплитуда тока первой гармоники линейно зависит от амплитуды входного сигнала. Такой режим достигается при θ = 90°, тогда КПД равен (≈78 %). Основным недостатком нелинейных усилителей является наличие нелинейных искажений сигнала.

5.5  Умножение частоты

В нелинейном усилителе коллекторный ток наряду с основной гармоникой, имеющей частоту ω_вх содержит гармоники с кратными частотами kω_вх, k = 2,3, … Это может быть использовано для умножения частоты. Частота выходного сигнала будет в k – раз превышать частоту входного сигнала, если контур в цепи коллектора настроить на частоту kω_вх.

Схема замещения умножителя частоты аналогична схеме замещения усилителя, отличие состоит в том, что S_ср приведённая к k – ой гармонике будет вычисляться так: